海底地质特征 -海底构造地貌

开悟余生 · 发表于地质类 2023-10-25 21:33:18

4.海陆交汇处：沿海地形

在意大利阿玛尔夫海岸，海浪拍打岩石海岸的声音会让游客们激动不已，但在维尔京群岛，日光浴者们却只能看到无穷无尽的白色沙滩。

在密西西比河三角洲航道上捕鱼的渔民将会发现沿岸的大片沼泽，但是，如果一名水手接近巴西的里约热内卢，将会遇到直接从海上升起的花岗岩圆顶，而在澳大利亚南部海岸着陆的水手将不得不爬上100m的垂直悬崖。

正如这些例子所说明的那样，沿海地区在地形方面差异极大。海岸的形状取决于许多因素，但最重要的是，它反映了海浪的淤积或侵蚀。所以我们开始讨论海岸的时候，先看看海浪在接近海岸时是如何变化的。

世界各地壮丽的海岸风光：岩石悬崖形成了意大利西部的阿马尔菲海岸；陡峭的绿色斜坡形成了夏威夷考艾岛的纳巴利海岸；美属维尔京群岛圣约翰岛沿岸的沙滩；纳拉伯平原陡峭的边缘形成了澳大利亚的南部海岸

4.1接近海岸的海浪

在上一章中，我们讨论了大海中波浪的运动。在海浪中，水分子沿圆周运动。这些路径的半径随着深度的增加而减小，直到地表以下等于半个波长的距离处，水保持静止。在开阔的海洋中，波浪底部，也就是水以波浪形式移动的最低水平，远高于海底，因此波浪运动对海底没有影响。

然而，在靠近海岸的地方，波浪的底部接触到海底，一个经过的波浪会引起沉积物的轻微的来回运动。在靠近海岸的地方，当水变得更浅时，波浪和海底之间的摩擦减缓了波浪较深部分的速度，波浪中的圆周运动变得更加椭圆。

最终，波浪顶部的水在它的底部弯曲，波浪成为破浪(Breaker)。

碎浪顶部翻滚的水与空气混合形成白色泡沫。浪花冲上海岸，激起了海滩上的巨浪。这种上升的浪会持续下去，直到摩擦力和重力使水运动停止。然后重力将海水拉回海滩，形成逆流。

海滩上的浪花和逆流。前一波的水覆盖了潮湿的区域，但后来作为逆流到海滩上。

波浪的波峰在接近海岸时与海岸线形成一个角度，这种现象被称为波的折射。通常情况下，当波浪到达海岸时，波峰与海岸线的夹角减小到5°以下。为了理解波浪发生折射的原因，想象一个接近海岸的波浪，它的波峰最初与海岸线形成45°角。

靠近海岸的波的末端首先触底，由于摩擦而减速，而离岸较远的末端继续以它原来的速度移动。这一差异使整个波浪摆动，使它与海岸线更加平行。

波浪的折射及其对海岸的影响：当波浪以一定角度接近海岸时，就会发生波的折射。斜向海岸的波浪引起沿岸流

海浪沿海滩折射的一个例子

虽然波的折射减小了波靠近海岸时的角度，但它并不一定消除那个角度。当波浪确实倾斜地到达海岸时，近岸区域的水具有与海岸平行的运动分量。这种沿岸流导致游泳者在离岸的水中逐渐向平行于海岸线的方向漂移。

海浪不停地把水推向岸边。当逆流流到大海时，它可能集中成一股强烈的向海流动，称为离岸流，它垂直于海岸线移动。离岸流每年都会在海滩上造成许多人溺亡，因为它们会把毫无防备的游泳者带入更深的水域。

当逆流汇聚成狭窄的、将水带到更远的近海的当地洋流时，离岸流就形成了

4.2海滩和潮坪

对于数以百万计的度假者来说，理想的假期包括去海滩：一个沿着海岸的倾斜的沉积物边缘之旅。有些海滩由卵石或卵石组成，而有些则由沙粒组成。这不是偶然的，因为海浪会把泥沙和泥浆等沉淀物吹走，带到离岸较安静的水域，在那里沉淀下来。

风暴波能以足够的力量使鹅卵石相互撞击，使它们粉碎，但它们对沙子的影响很小，因为沙粒无法以足够的能量碰撞而破裂。所以卵石滩只存在于附近的悬崖上有大块岩石碎片的地方，如果没有大块岩石碎片的持续来源，海滩上的卵石最终会变成更小的颗粒。

鹅卵石大小的碎屑构成了俄勒冈州的海滩

波多黎各的海滩由石英砂组成

不同的沙粒具有不同的来源，沙粒本身的组成因海滩而异。由长英质到中性岩石风化和侵蚀而成的砂子主要由石英组成，石英是一种耐久的矿物。这些岩石中的其他矿物质经过化学变化形成粘土，然后被海浪冲走。

由石灰岩、珊瑚礁或贝壳侵蚀而成的海滩主要由碳酸盐沙组成，其中包括微小的贝壳碎屑。而由玄武岩侵蚀而形成的海滩则拥有由细小玄武岩颗粒构成的黑色沙子。

不同种类的沙子组成了不同的沙滩。石英砂来自长英质岩的侵蚀，碳酸盐砂来自贝壳的破碎，黑色砂来自玄武岩

海滩由不同的区域组成，如海滩剖面图所示，该剖面图垂直于海岸。前滨带(Foreshore Zone)从海上开始，向陆地移动，包括潮间带(Intertidal Zone)和海滩面(Beach Face)。潮间带是潮汐起落的地方，海滩面是一个更陡峭、更凹的区域，海浪在这里猛烈地冲刷着沙滩。

后滨岸带(Backshore Zone)从被潮水冲断的一个小台阶一直延伸到更近海岸的海滩边缘。后滨带包括一个或多个堤道(Berm)，与由风暴期间沉积的沉积物构成的稍微向陆地倾斜的阶地水平。海滩上的沙子，如果暴露在持续的风中，可能会沿着海滩向陆地的边缘形成沙丘(Dune)，类似于那些沙漠。一些海滩的近岸边缘，发育边缘悬崖或植被覆盖的土地没有受到海浪的影响。

典型的海滩剖面

科德角海滩上的堤道(Berm)

海滩上的沙子不会静止不动，因为典型的波浪作用会使活跃的沙层来回移动。(下面不活动的沙层只有在剧烈风暴时才移动，或者根本不移动。)海滩的宽度最终反映了受频繁波浪作用的区域的宽度。

海滩上的贝壳可能会随季节的变化而变化，这取决于该地区在不同季节的风暴类型。例如，在中纬度地区，冬季风暴往往比夏季风暴更强、更频繁。冬季风暴产生的较大、较短波长的海浪将海滩上的沙子冲到更深的水中，使海滩变得更窄。但是，波长较长的夏季小波浪会把沙子从海上带进来，并沉积在海滩上。

海滩的宽度会随季节变化

当波浪以一定角度滚向海岸时，活动沙层中的沙粒沿锯齿形运动，导致泥沙平行于海滩的逐渐输入；这种运动称为沿岸漂流(Longshore Drift)(或海滩漂移)。

这种锯齿状的形状之所以出现，是因为波浪垂直于波峰移动，斜波把沉积物带向海滩。

然而，由于重力作用，逆流直接沿着海滩的斜坡向下流动。随着时间的推移，海岸漂移可能会将海岸上的沙子移动数十到数百公里。因此，地质学家有时把海滩描述为“沙河”。

沿岸漂流的概念：波浪把沙子斜带上海滩，逆流把它带到坡下，因此沙粒呈锯齿状，导致海岸漂移

当海岸线向陆地倾斜时，沿岸漂流会将海滩延伸到开阔水域并形成沙嘴(Sand Spit)。一些沙嘴发育在海湾或河口的开口上，形成湾口沙洲(Baymouth Bar)。有些地区的海岸坡度非常平缓，沉积物供应充分，一个狭窄的沙脊，如果被淹没就被称为离岸沙洲(Oﬀshore Bar)，如果它的峰高于海平面就被称为障壁岛(Barrier Island)。

当古老的海滩沙丘被上升的海平面淹没时，可能会形成与海岸线平行的障壁岛。或者，它们可能在海浪冲击海岸、能量损失、沉积一些沉积物的地方形成。有些障壁岛只是很长的沙嘴，发育在浅海的近海地区。障壁岛和大陆之间的水变成了一个平静的泻湖(Lagoon)，一个从开阔的海洋中分离出来的浅海。

沙嘴、沙坝、障壁岛

沙嘴的例子

湾口沙洲

泻湖将障壁岛和大陆分开

潮滩是指在退潮时露出或接近露出的、接近水平的泥地，形成于受强海浪作用保护的区域。它们出现在泻湖的边缘或被障壁岛保护的海岸上，在那里，在相对平静的水里，淤泥可以堆积成厚厚的、粘稠的层。潮坪为蛤和蠕虫等穴居生物提供了栖息地，因此生物扰动(Bioturbation)会不断地混合沉积物，并破坏层理。

潮滩：潮滩是广阔平坦的地区，通常被淤泥覆盖

由于海滩和邻近地区泥沙的运动，泥沙的平衡(泥沙供给和移除)，在决定沿海地区的长期演化中起着重要的作用。

河流可以将沙子添加到河段中。它也可能是由海浪从岸边带来的，或由遥远的海岸漂来的。有些沙子可能会被海岸漂移带走，被逆流或离岸流带离海岸，或者被风吹到内陆。沉积物要么沉淀在离岸较深的水中，要么从海底峡谷落入深海。如果新的沙没有取代被移走的沙，海滩段就会变窄。如果沙子的供应量超过了被冲走的量，海滩就会变宽。

4.3岩石海岸

在岩石海岸，基岩峭壁直接从海上上升起，在浪花和雷鸣的海浪中被撞得粉碎，四分五裂。由于缺乏海滩的保护，岩石海岸会受到海浪的全面冲击。

破浪撞击时产生的水压可以把巨石压在一起，把它们压碎，然后把空气挤到裂缝里，产生足够的力量把巨石从基岩中拽出来。此外，由于水流湍急，撞击悬崖表面的水携带着悬浮的沙子，会磨损悬崖。

岩石海岸上裸露的基岩受到强大而集中的波浪作用。岩石海岸因此形成了独特的地貌：沿着威尔士海岸，海面上耸立着悬崖

没有海滩的保护，法国的这些岩石岬角遭受海浪侵蚀

破碎、楔入和磨蚀的共同作用称为波浪侵蚀(Wave Erosion)，可以通过形成浪蚀龛(Wave-cut Notch)逐渐侵蚀悬崖表面。下切(Undercutting)工作一直持续，直到悬岩变得不稳定，在一个节理处断裂，在悬崖底部形成一堆碎石。

然后，随着时间的推移，海浪的作用会把岩石打碎，直到碎片变得足够小，可以被流动的水带到近海。通过这种方式，海浪不断地侵蚀岩石海岸，使悬崖逐渐向内陆迁移。这样的悬崖后退会留下浪蚀平台(Wave-cut Platform)，在退潮时可以看到。

除了波浪侵蚀，其他过程也会破坏海岸的岩石。例如，撑裂作用(Salt Wedging)当盐雾覆盖在海浪之上的悬崖表面，使岩石中的孔隙膨胀，然后变干，盐晶体就会生长。典型的盐楔作用会在岩石表面产生无数的凹坑，被山脊分隔开来，这种模式被称为蜂窝状风化。生物过程也有助于侵蚀，因为潮间带的植物和动物钻入岩石并逐渐把它们打碎。

许多岩石海岸的起点是不规则的海岸线，岬角伸入大海，港湾向后延伸。在地质时代背景下，这种不规则的海岸线往往是暂时的特征。由于波的折射作用，波的能量集中在海岬上，在海湾中分散。

岩石海岸的波浪侵蚀：浪蚀龛，海滩形成于海湾，而侵蚀则集中于岬角

由此产生的波浪侵蚀模式除去了岬角上的碎屑，沉积物在海湾中堆积，因此，随着时间的推移，海岸线变得不那么不规则。

海岬波的折射：就像透镜一样，波的折射将波的能量聚焦在岬角上，所以那里就发生了侵蚀。波浪能在港湾中减弱，因此发生沉积

夏威夷海岸上一个岬角被海浪侵蚀的例子

海岬分阶段侵蚀。由于折射作用，波浪弯曲并冲击岬角的两侧，慢慢地侵蚀岬角，形成一个海拱(Sea Arch)，通过一座狭窄的桥与大陆相连。最终，拱顶坍塌，只留下离岸的孤立的海蚀柱(Sea Stack)。

一旦形成，海蚀柱就可以保护附近的海岸免受海浪的冲击。因此，沙子聚集在海蚀柱的背风处，慢慢地形成一个狭长的沙脊(沙颈岬：Tombolo)，连接海蚀柱和大陆。海蚀柱最终会崩溃和消失。

海岬侵蚀的阶段：海浪雕刻出一个海拱，最终坍塌，留下一个海蚀柱

澳大利亚南部海岸的海拱和海蚀柱的例子。这些海栈在当地被称为“十二门徒”

4.4河口

在一些海岸，海平面的相对上升导致海水淹没了与海岸汇合的河谷，形成了河口(Estuaries)，在那里海水和河水相互作用。河口可以在低于现在海平面的地方形成，或者在河谷地区缓慢下沉时形成。

在地图上，你可以通过河流雕刻的海岸线的分枝模式来识别一个河口，这继承了树枝状水系网络的形状。河口通常被涨潮时泛滥的沼泽所包围。

被海平面上升淹没的河谷被称为河口，切萨皮克湾(Chesapeake)是萨斯奎哈纳(Susquehanna)河和波托马克(Potomac)河的河口

在英格兰怀特岛的海岸涨潮时，一个河口的主水道周围的陆地会被洪水淹没

在河口内，海水和河水可能以两种不同的方式相互作用。在不受波浪作用或河流湍流影响的安静河口，水变得分层，在涨潮期间，密度较大的海水在密度较小的淡水下面以楔形的形式逆流而上。

在像切萨皮克湾这样的波涛汹涌的河口，海水和河水混合，产生营养丰富、盐度介于海洋和河流之间的微咸水。河口是典型的复杂生态系统的寄主，居住着独特种类的虾、蛤、牡蛎、蠕虫和鱼类，它们能够忍受盐度的巨大变化。

4.5海岸峡湾

在更新世冰河时代，冰川在沿海山脉上刻下了深深的峡谷。当冰河时代结束时，冰川融化了，留下了深深的U形山谷。当储存在冰川中的水返回海洋，导致海平面上升时，它淹没了冰川山谷，形成海岸峡湾(Fords)，即被山丘或山脉环绕的狭窄海域。由于其深蓝色的水和陡峭的墙壁抛光岩石，峡湾是独特的美丽。

海平面上升淹没了冰川山谷，形成了海岸峡湾